Навесные вентилируемые фасады и их преимущества
Навесной фасад представляет собой конструкцию, состоящую и материалов облицовки (плит или листовых материалов) и подоблицовочной конструкции, которая в свою очередь крепиться к стене таким образом, чтобы между защитно-декоративным покрытием и стеной оставался воздушный промежуток. Для дополнительного утепления наружных конструкций между стеной и облицовкой может устанавливаться теплоизоляционный слой – в этом случае в этом случае вентиляционный зазор оставляется между облицовкой и теплоизоляцией. Обычно облицовочные материалы, подконструкцию и теплоизоляцию производят разные фирмы, хотя они могут работать в тесном контакте друг с другом и рекомендовать заказчикам материалы своих партнеров или даже закупать у них комплектующие.
К вспомогательным элементам систем вентилируемых фасадов относятся: уплотнительные ленты между панелью и профилем подоблицовочной конструкции, декоративные уголки и вставки для закрытия торцов и зазоров между панелями, перфорированные металлоконструкции для вентиляции системы снизу и вверху: заклепки, кляммеры, гребеньки и т. п. для крепления панелей к профилям.
Подоблицовочная конструкция может крепиться как на несущую, так и на самонесущую стену (в каркасном варианте), выполненную из различных материалов (бетон, кирпич). Применяют вентилируемые фасады не только в новом строительстве, но и при реконструкции старых зданий.
Использование навесных конструкций позволяет, с одной стороны, "одеть" фасад в современные отделочные материалы, а с другой – улучшить теплотехнические характеристики ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий.
Общие сведения
Как уже упоминалось выше, в вентилируемом фасаде отдельные слои конструкции располагаются следующим образом: стена, теплоизоляция, воздушный промежуток, защитный экран. Такая схема является оптимальной, т. к. слои различных материалов располагаются по мере уменьшения показателей их теплопередачи, а сопротивление паропроницаемости возрастает снаружи внутрь.
Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи лучше защищает стену от переменного замерзания и оттаивания. Выравниваются температурные колебания массива стены, что препятствует появлению деформаций, особенно не желательном при крупнокалиберном домостроении. Точка росы сдвигается в наружный теплоизоляционный слой, внутренняя часть стены не отсыревает, и не требует дополнительной пароизоляции.
Другим достоинством наружной теплоизоляции является увеличение теплоаккумулирующей способности массива стены. Так, по данным ЦНИИЭП жилища, если произойдет отключение источника теплоснабжения при наружной изоляции, кирпичная стена будет остывать в 6 раз медленнее, чем при внутреннем слое теплоизоляции такой же толщены. Установка теплоизоляции позволяет также снизить расходы на ремонт поврежденных стен.
Совместное применение подвесного фасада и теплоизоляционного слоя существенным образом повышают звукоизоляционные характеристики ограждающей конструкции, поскольку фасадные панели и теплоизоляция обладают звукопоглощающими свойствами в широком диапазоне частот (например, звукоизоляция стены из легкого бетона повышается в 2 раза при устройстве навесного фасада с применение отделочных панелей).
Наличие воздушного промежутка в вентилируемом фасаде принципиально отличает его от других типов фасадов, т. к. благодаря перепаду давления этот промежуток работает по "принципу действия вытяжкой трубы". В результате из ограждающей конструкции в окружающую среду удаляется атмосферная и внутренняя влага. Вентилируемый воздушный промежуток снижает также и теплопотери, т. к. он практически является температурным буфером. Воздух в нем примерно на 3 градуса выше, чем снаружи.
При проектировании конструкций с вентиляционным зазором особое мнение необходимо обращать на возможность свободной циркуляции воздуха. Для высоких зданий необходимо рассчитать циркуляцию воздуха в воздушном промежутке таким образом, чтобы соблюсти баланс, обеспечивающий беспрепятственный и эффективный воздушный поток по всей поверхности стены.
Наружный экран из отделочных материалов защищает расположенный за ним слой теплоизоляции, а также ограждающую конструкцию от атмосферных воздействий. Летом он выполняет функцию солнцезащитного экрана, отражающего большую часть падающего на него теплового потока.
Благодаря специально разработанной схеме монтажа вентилируемого фасада к стене конструкций имеет возможность поглощать термические деформации, возникающие при суточных и сезонных перепадах температур. Это позволяет избегать внутренних напряжений в материале облицовке и несущей конструкции, что исключает появление трещин и разрушение облицовки.
Для обеспечения пожарной безопасности в систему подвесных фасадов включаются материалы и изделия, относящиеся к категории трудносгораемых или несгораемых, препятствующих распространению огня.
Можно выделить основные достоинства вентилируемых фасадов:
- Широкие возможности по использованию современных фасадных отдельных материалов;
- Высокая тепло- и звукоизоляция;
- Вентиляция внутренних слоев – удаление атмосферной влаги образующейся за счет диффузии и водяных паров изнутри;
- Защита стены и теплоизоляции от атмосферных воздействий;
- Нивелирование термических деформаций;
- Возможность проведения фасадных работ в любое время года – исключены "мокрые" процессы;
- Отсутствие специальных требований к поверхности несущей стены – ее предварительное выравнивание, и более того, сама система позволяет выравнивать дефекты и неровности поверхности, что сделать с применением штукатурок часто сложно и дорого;
- Длительный безремонтный срок (25–50 в зависимости от применяемого материала).
Из вышеизложенного становится ясно, что вентилируемые фасады являются современный конструктивным решением, которое можно применять для новых, так и для реконструируемых зданий.
Подоблицовочная конструкция
Подоблицовочная конструкция состоит из кронштейнов, которые крепятся непосредственно на стену, и несущих профилей, образующие каркасную систему, с помощью специальных элементов крепежа монтируются плиты (листы) облицовки. Утеплитель фиксируется на наружной поверхности стены с помощью дюбелей, специальных профилей и т. п.
Основное предназначение подоблицовочных конструкций заключается в том, чтобы надежно закрепить плиты облицовки и теплоизоляции к стене так, чтобы между теплоизоляцией отделочной панелью остался вентиляционный промежуток. При этом исключается клеевые и другие "мокрые" процессы, а все соединения осуществляются механически.
Правильно спланированная подоблицовочная конструкция должна обладать: достаточной несущей способностью, воспринимающей свой вес, а также вес облицовочных материалов и утеплителя; антикоррозийной стойкостью; необходимой подвижностью узлов для выдерживания динамических (ветер, температурные перепады и т. д.) нагрузок; возможностью выравнивания неровностей несущего основания; легкостью и высокой скоростью монтажа и т. д.
Системы с успехом применяются для вентилируемых фасадов. Но все же в каждой из них есть своя "изюминка" — особая конструкция тех или иных элементов. Именно это делает систему оптимальной при решении конкретных задач, например: выравнивании неровностей несущей основы; уменьшения негативного влияния "мостиков холода"; обеспечения возможности крепления мелкоразмерной облицовки (без существенного удорожания подконструкции); обеспечения надежного крепления теплоизоляционных плит.
Ниже мы более подробно рассмотрим каждый элемент подоблицовочной системы и остановимся на ее конструктивных особенностях, благодаря которым и возможно решение вышеперечисленных задач.
Но прежде необходимо отметить следующее: к сожалению, на сегодняшний день уровень качества строительства в России еще не достиг западных стандартов, и поэтому при сооружении вентилируемых фасадов в России приходиться сталкиваться с проблемами, которые не знакомы западным производителям конструкций (например, значительные неровности стен). Хорошо известны и чисто российские весьма значительны перепады зимних и летних температур. Все это приводит к тому, что западную систему (даже очень высокого уровня) приходится приспосабливать к российским условиям.
Основные элементы подоблицовочной конструкции
Одними из основных элементов призванных обеспечить надежное крепление продукции к несущему основанию являются кронштейны. В зависимости о материала самой подоблицовочной конструкции они могут быть выполнены из разных материалов – алюминия, оцинкованной или нержавеющей стали. Крепления кронштейнов к стене обеспечивают специальные анкеровочные элементы. Тип дюпелей и шурупов, анкеров, их диаметр, глубина установки подбирается в зависимости от выдергивающей нагрузки и материала стены, в которую устанавливается данный крепежный элемент. Кронштейны могут образовывать необходимое расстояние между стеной и облицовочным материалом, что позволяет использовать утеплитель необходимой толщины.
Кронштейны должны выдерживать как статические, так и динамические нагрузки, и обеспечивать возможность установки фахверка на неровных основаниях. Поэтому важнейшими характеристиками кронштейнов является несущая способность и возможность изменения длины.
Несущая способность кронштейнов играет особую роль при больших выносах фахверка. В этом случае либо необходимо увеличить количество кронштейнов (что дает общее удорожание конструкции), либо применять кронштейны с большей несущей способностью. Для выравнивания неровностей стены необходимо иметь большой гипоразмерный ряд, либо использовать кронштейны с широкими пределами изменения длины.
Оба варианта позволяют отступать от стены на расстояние до 0,5 м. Кронштейны, имеющие возможность значительно изменять свою длину, имеют всего 3 типа размера, а длина каждого типа кронштейна плавно регулируется в пределах 13 см, что позволяет отступать от стены на любое требуемое расстояние. Как правило при новом строительстве, расчет количества кронштейнов определенного типа размера осуществляется на стадии проекта, исходя из предложения, что стены ровные. При осуществлении работ часто выясняется, что привезенные элементы определенных типоразмеров не могут обеспечить необходимое выравнивание стен – приходиться до заказывать другие типы размеры, что в итоге приводит к общему удорожанию работ. При использовании кронштейнов с изменяемой в значительном диапазоне длиной, этой проблемы не возникает.
При анализе конструктивных особенностей кронштейнов и способов их крепления к стене не маловажным обстоятельством является возможность образования "мостиков холода". Для решения данной проблемы применяют два подхода:принцип "точечного контакта", или сокращение площади соприкосновения метала со стеной, и применение различных теплоизолирующих прокладок. Западные фирмы в качестве прокладок использую различные пластики; российские кампанией чаще всего применяют парониты, являющиеся эффективными теплоизоляторами.
У каждого из подходов есть свои достоинства и недостатки. При точечном креплении, в силу конструктивного решения, теплопроводность ниже, но одновременно снижается и несущая способность крепления кронштейнов к стене при увеличении площади контакта ситуация меняется на обратную.
Несущая конструкция (фахверк) состоит из антикоррозийных профилей (алюминия, нержавеющей или оцинкованной стали, легированных сплавов) или антисептированного дерева. Разработано большое разнообразие профилей для различных фасадов (Т – образные, Г – образные, П – образные и др.). Несущая профильная конструкция применяется трех типов: горизонтальная, вертикальная и комбинированная (совмещенная). Наихудшей с точки зрения работы пространственной конструкции, является конструкция из горизонтальных направляющих, так как профиль в этой системе работает на изгиб и кручение. В конструкции из вертикальных направляющих профили воспринимают нагрузки на сжатие и растяжение (более благоприятный режим работы), кроме того, такая конструкция не препятствует вертикальному (основному воздушному потоку). Наилучшей является комбинированная конструкция, в которой к телу стены крепятся горизонтальные направляющие, а к ним вертикальные направляющие, на которые ложиться нагрузка от облицовочных плит. В такой конструкции происходит перераспределение нагрузки и не создается препятствий вертикальному воздушному потоку, но в тоже время комбинированная конструкция этого типа достаточно металлоемка и представлена на российском рынке пока только зарубежными производителями.
Существует так же и совмещенная конструкция другого типа. В ней к несущей стене крепятся вертикальные направляющие, а уже к ним – горизонтальные, такая конструкция наследует все минусы классической горизонтальной конструкции, поэтому ее применяют, в основном для толстостенной облицовки из натурального камня, который крепится путем горизонтальных продольных пропилов направляющих. В этом случае горизонтальные направляющие испытывают, по большому счету, нагрузки на вертикальное поперечное сжатие, что позволяет всей системе хорошо работать. Кроме того, такая конструкция применяется невидимого (скрытого) крепежа, в этом случае негативное влияние конструкции снижается из-за: а) крепления каждой плитки к двум отдельным горизонтальным направляющим (что уменьшает нагрузку на каждую из них); б) увеличения относа системы от утепления, что увеличивает эффективный воздушный зазор.
К несущим профилям крепиться облицовка. Облицовочные панели можно достаточно условно разделить на три группы: тяжелые (натуральные камни), легкие (керамогранит, цементно-волокнистые плиты, и т. д.) и разного рода самонесущие металлические изделия для каждой группы применяется свой вид под облицовочные конструкции. Очевидно, что при использовании тяжелых облицовок требуется более мощная, материалоемкая подконструкция, которая является и более дорогой.
Плиты теплоизоляцонного материала устанавливается между несущими профилями и крепиться непосредственно к стене. При недостаточно прочном креплении возникает опасность сползания плит и образования между ними щелей — "мостиков холода". Для решения этой проблемы в некоторых системах предусмотрены дополнительные крепления теплоизоляционных материалов и к подоблицовочной конструкции.
Крепежные детали осуществляют механическое крепление облицовочных материалов к несущим профилям подоблицовочной конструкции. Различают видимые и скрытые элементы крепления. Видимые крепления более простые, осуществляется кляммерами, шурупами – саморезами или заклепками. Чтобы придать всей конструкции единое цветовое решение, видимые части крепежа окрашивают в цвет облицовочного материала. Ведущие производители крепежа используют только в порошковую окраску. Элементы крепления часто поставляют сами фирмы, которые производят облицовку, т. к., например, это саморез или кляммер, то он должен быть цвета облицовки.
Кляммеры должны позволять легко производить монтаж облицовки, не позволять плитке вибрировать при порывах ветра, обеспечивать надежное крепление.
Оба типа крепления (скрытое и видимое) позволяет достаточно легко быстро закрепить элемент облицовки к несущей конструкции. Скрытое крепление требует дополнительной обработке облицовочных панелей. Для обеспечения их укрепления (в первую очередь это относится к керамограниту, минериту и т. п.), что приводит к удорожанию конструкции вентилируемого фасада. На это необходимо обращать внимание архитекторов и заказчиков.
Для того что исключить возможность разрушения облицовочных панелей, появление трещин (при термических изменениях размеров элементов конструкции), необходимо обеспечить требуемую подвижность узлов. Это достигается специальными конструктивными приемами. По перечисленным выше требованиям, которым должна удовлетворять подоблицовочная конструкция, видно, что она является сложной и ответственной частью фасада. Подконструкция не может быть единой для всех типов зданий. Для того чтобы подобрать и рассчитать требуемую номенклатуру изделий, ведущие фирмы требуют от заказчика предоставить ряд данных, например: климатический район застройки местонахождение (пустырь, плотная застройка и т. п.), высота и конфигурация здания, тип облицовки несущей стены, толщина и тип утеплителя, тип облицовки и способ ее крепления (видимый, невидимый) и т. п.
Только проанализировав все эти данные и сделав соответствующий расчет, можно подобрать номенклатуру изделий соответствующему конкретному фасаду здания, и уже после этого составить калькуляцию (стоимость подоблицовочной конструкции). Необходимо особо подчеркнуть, что расчет конструкций вентерируемого фасада под силу только профессионалу.
Необходимо также обратить внимание проектировщиков на то, что, "одеть здание" в вентилируемый фасад, нужно ответственно подойти к выбору облицовочного материала несущих стен, особенно стен-заполнений в монолитном домостроении. В зданиях высотой более 40 метров ветровые нагрузки близки, а в критических точках превышают собственный вес системы. При недостаточной несущей способности стены кронштейны приходиться ставить значительно чаще и применять более дорогие анкеровочные элементы, что приводит к удорожанию подоблицовочной конструкции. Расчетом можно определить, что выгоднее – применить дешевый стеновой материал, но получить удорожание подоблицовочной конструкции вентилируемого фасада, или использовать более качественный (с точки зрения несущей способности), хотя и более дорогой материал для стен.
Теплоизоляция – требования, способы крепления
Утеплитель, используемый для вентилируемых фасадов, должен обладать следующими свойствами: являться долговечным, негорючим, устойчивым к старению материалом; быть биологически стойким; иметь стабильную форму; монтироваться сплошным слоем, исключая возникновения "мостиков холода"; обладать высоким теплоизолирующими характеристиками; позволять водяным парам и влаге беспрепятственно попадать в воздушную прослойку, предотвращая образование и скопление на конструкциях разрушающего их конденсата; быть устойчивым к ветровому потоку; быть неагрессивным к металлу.
В качестве утеплителя в вентилируемых фасадах чаще всего применяется минеральная вата, хотя иногда использую и стекловату. И тот и другой материалы является неблагоприятной средой для образования плесневых и других грибков, а также обладают высокими тепло- и шумопоглащяющими свойствами.
При выборе теплоизоляционного материала необходимо обращать внимание на возможность возникновения мощных воздушных потоков в вентиляционном промежутке конструкции, которые могут привести к разрушению верхних слоев мягкого теплоизоляционного материала. Для защиты укрепителя можно применять ветрозащитную паропроницаемую пленку (типа Tyvek), использовать уже кашированные (уже с пленкой) плиты утеплителя или применять жесткие теплоизоляционные плиты. Может использоваться и двухслойная минераловатная плита: более плотный слой устанавливается на наружной стороне фасадных конструкций, менее плотный – непосредственно на несущую стену, так как мягкий слой позволяет утеплителю лучше прилегать к неровностям утепляемой конструкции.
По поводу необходимости ветрозащитной пленки у специалистов нет единого мнения. Тем не менее, даже при применении жесткой плиты ветрозащита не окажется лишней. Особенно, если учесть, что затраты на нее ничтожны по сравнению с общей стоимостью конструкции вентилируемых фасадов.
Прижим утеплителя к несущей стене осуществляется, как правило, тарельчатыми пластиковыми дюбелями с плотной подгонкой плит утеплителя друг к другу. Тип, размеры и параметры дюбеля определяют расчетным путем и уточняют (при необходимости) после проведения пробных испытаний. Кроме испытания на усилие выравнивание и среза, дюбели также испытывают на тепло- и морозоустойчивость.
Как уже отмечалось выше, разработаны системы вентилируемого фасада с дополнительным креплением теплоизоляции несущими профилями. В таких системах сползание теплоизоляционных плит и образования "мостиков холода" даже при недостаточном креплении теплоизоляции к стене становится невозможным.
Облицовочные материалы в конструкции вентилируемого фасада выполняют защитно-декоративную функцию. Они защищают утеплитель, подоблицовочную конструкцию и стену здания от повреждений и атмосферных воздействий. В тоже время облицовочные панели являются внешней оболочкой здания, формируют его эстетический облик, является как бы визитной карточкой.
В настоящее время существует большой выбор фасадных панелей для облицовки здания. Кроме внешнего вида они отличаются между собой по материалу, размеру, типу крепления (видимое, невидимое), цене и т. д.
Материалы, применяемые для изготовления панелей могут быть самые разные, причем этот список постоянно пополняется: металлы, композитные материалы, бетон, фиброцементы (цементно-волокнистые материалы), керамический гранит, а также стекла со специальным покрытием, ламинаты высокого давления и т. д.
Перечисленные выше материалы используют для производства следующих видов облицовочных изделий: крупноразмерных (высотой с этаж) и мелкоразмерных панелей, сайдинга (длинных узких наборных панелей), профилированных (волокнистых) листов и кассет (объемных панелей из тонколистовых материалов.
Защитно-декоративные изделия могут имитировать традиционные материалы – камень, дерево, кирпич – или наоборот – подчеркивать современность и необычность за счет применения металла, цвета, фактуры и т. п.
Облицовочные изделия могут крепиться к подоблицовочной конструкции с помощью скрытых или видимых элементов крепежа. Причем перевязки между панелями могут быть вертикальными или горизонтальными.
Большое разнообразие отделочных материалов для навесных фасадов дает архитектору поистине безграничные возможности для решения эстетических задач.